用库造一个list的轮子 【C++】

list的模拟实现

默认成员函数

构造函数

list是一个带头双向循环链表，在构造一个list对象时，new一个头结点，并让其prev和next都指向自己即可。

  	void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}//默认构造list(){empty_init();}

拷贝构造函数

//拷贝构造函数
list(const list<T>& lt)
{_head = new node; //申请一个头结点_head->_next = _head; //头结点的后继指针指向自己_head->_prev = _head; //头结点的前驱指针指向自己for (auto & e : lt) //两个 e都是同一个{push_back(e); //将容器lt当中的数据一个个尾插到新构造的容器后面}
}

赋值运算符重载

版本一（推荐）：
参数不使用引用，让编译器自动调用list的拷贝构造函数构造出来一个list对象，然后调用swap函数将原容器与该list对象进行交换

这样做相当于将应该用clear清理的数据，通过交换函数交给了容器lt，而当赋值运算符重载函数调用结束时，容器lt会自动销毁，并调用其析构函数进行清理。

list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造// lt1 = lt2{this->swap(lt);return *this; }

版本二：
先调用clear函数将原容器清空，然后将容器lt当中的数据，通过遍历的方式一个个尾插到清空后的容器当中即可。

  
list<T>& operator=(const list<T>& lt)
{if (this != &lt) //避免自己给自己赋值{clear(); //清空容器for (const auto& e : lt){push_back(e); //将容器lt当中的数据一个个尾插到链表后面}}return *this; //支持连续赋值
}

析构函数

对对象进行析构时，首先调用clear函数清理容器当中的数据，然后将头结点释放，最后将头指针置空

	 	void clear(){iterator it = begin();while (it!= end() )	{it = erase(it);}_size = 0;}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}

迭代器

迭代器为什么要存在？

string 和vector的迭代器

string和vector将数据存储在一段连续的内存空间，那么可以通过指针进行自增、自减以及解引用等操作，就可以对相应位置的数据进行一系列操作，所以string和vector是天然的迭代器

list的迭代器
list中各个结点在内存当中的位置是随机的，不一定是连续的，我们不能仅通过结点指针的自增、自减以及解引用等操作对相应结点的数据进行操作 ,采用类封装迭代器，在迭代器类的内部，重载 ++ 、 --、 *、 -> 、 !=、 == 这些迭代器会用到的运算符

const_iterator

在const迭代器中，const迭代器指向的内容不能被修改。也就是解引用返回的值不能被修改。迭代器本身是可以修改的，有两种解决方案 ：
1 再封装一个const迭代器类

	template< class T>//const 迭代器 ，让迭代器指向的内容不能修改， 迭代器本身可以修改struct __list_const_iterator{typedef list_node<T>  Node;//构造函数__list_const_iterator(Node* node):_node(node){}const T& operator*()//出了作用域，节点的值还在，用引用//const： 返回节点的值，不能修改{return _node->_val;}//前置++,返回++之后的值__list_const_iterator& operator++()//__list_const_iterator& operator++(__list_const_iterator  * this  ){_node = _node->_next;return *this;}//后置++ ,返回++之前的值__list_const_iterator operator++(int){__list_const_iterator tmp(*this);_node = _node->_next;return tmp;// tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 }bool operator==(const __list_iterator<T>& it){return *this == it._node;}bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//传值返回，返回的是拷贝，是一个临时对象，临时对象具有常性{return *this != it._node;}Node* _node;};

2 选择增加模板参数，复用代码（推荐）

template<class T, class Ref, class Ptr>

c++库就是用的这种解决方案

	//template<class T> //list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数//普通迭代器//Ref是引用 ，Ptr是指针template<class T,class Ref,class Ptr>struct  __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;//构造函数__list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_val;}Ptr operator->(){return &_node->_val;}//前置++,返回++之后的值self & operator++()//__list_iterator<T> & operator++(__list_iterator<T> * this  ){_node = _node->_next;return *this;}//后置++ ，返回++之前的值self  operator++(int)//	__list_iterator<T> operator++( __list_iterator<T> * this ,int){self tmp(*this);//拷贝构造_node = _node->_next;return tmp; // tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 }bool operator!= (const self& it){return _node != it._node;}bool operator== (const self & it){return _node == it._node;}Node* _node;};template<class T>//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数class list{typedef list_node<T>  Node;public:typedef  __list_iterator<T ,T&,T* >  iterator;typedef  __list_iterator<T, const T&, const T * >  const_iterator;//迭代器 //能直接显示构造最好显式构造，不要把决定权给编译器进行单参数的隐式类型转换iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点{//return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 //还可以写成 return iterator(_head);return iterator(_head);}iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置{//return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换//还可以写成 return iterator(_head->_next)return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}//默认构造list(){empty_init();}// lt2(lt1)//还没有实现const_iteratorlist(const list<T>& lt){empty_init();//拷贝数据for (auto & e :lt )//遍历lt{push_back(e);}}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}void swap(list<T> & lt){std:: swap(_head,lt._head );std::swap(_size, lt._size);}list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造// lt1 = lt2{this->swap(lt);return *this; }void clear(){iterator it = begin();while (it!= end() )	{it = erase(it);}_size = 0;}void push_back(const T& x){insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入}//pos位置之前插入iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* newnode = new Node(x);// prev newnode cur 链接关系prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;++_size;return newnode;}iterator erase (iterator pos){assert(pos != end());Node* cur = pos._node;Node* next = cur->_next;Node* prev = cur->_prev;//prev next prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;--_size;return next;}size_t size(){return _size;}void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝{insert(begin(),x);}void pop_back(){erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删}void pop_front(){erase(begin());}private:Node* _head;size_t _size;};

当我们定义const对象时，会自动调用const修饰的迭代器。当调用const修饰的迭代器时，__list_iterator的模板参数就会实例化为const T&。实际上在实例化时，const和非const修饰的还是两个不同类，只不过是实例化的代码工作交给了编译器处理了。

begin和end

对于list,第一个有效数据的迭代器就是头结点后一个结点
begin函数返回的是第一个有效数据的迭代器，即头节点的下一个位置
end函数返回的是最后一个有效数据的下一个位置的迭代器，即头节点

		iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点{return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 //还可以写成 return iterator(_head);}iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置{return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换//还可以写成 return iterator(_head->_next)}

const对象的begin函数和end函数

	const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);//返回使用头结点后一个结点}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);//返回使用头结点}

insert

重新改变prev newnode cur 三者之间的链接关系

 	//pos位置之前插入iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* newnode = new Node(x);// prev newnode cur 链接关系prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;++_size;return newnode;}

erase

改变prev和next之间的链接关系，然后释放cur

iterator erase (iterator pos){assert(pos != end());Node* cur = pos._node;Node* next = cur->_next;Node* prev = cur->_prev;//prev next prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur ;--_size;return next;}

push_back && pop_back

	void push_back(const T& x){insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入}void pop_back(){erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删}

push_front &&pop_front

		void pop_front(){erase(begin());}void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝{insert(begin(),x);}

swap

swap函数用于交换两个容器，list容器当中存储的是链表的头指针和size，我们将这两个容器当中的头指针和size交换

		void swap(list<T> & lt){std:: swap(_head,lt._head );std::swap(_size, lt._size);}

注意： 这里调用库里的swap模板函数，需要在swap函数之前加上“std::”，告诉编译器在c++标准库寻找swap函数，否则编译器编译时会认为你调用的是正在实现的swap函数（就近原则）

总结

完整代码

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<list>
using namespace std;
namespace cxq
{//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数template<class T>//节点struct list_node{//构造函数list_node(const T& val = T()) //缺省值是匿名对象,c++对内置类型进行了升级:_prev(nullptr), _next(nullptr), _val(val){}list_node<T>* _prev;list_node<T>* _next;T _val;};//template<class T> //list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数//普通迭代器//Ref是引用 ，Ptr是指针template<class T,class Ref,class Ptr>struct  __list_iterator{typedef list_node<T> Node;typedef __list_iterator<T, Ref, Ptr>  self;//构造函数__list_iterator(Node* node):_node(node){}Ref operator*(){return _node->_val;}Ptr operator->(){return &_node->_val;}//前置++,返回++之后的值self & operator++()//__list_iterator<T> & operator++(__list_iterator<T> * this  ){_node = _node->_next;return *this;}//后置++ ，返回++之前的值self  operator++(int)//	__list_iterator<T> operator++( __list_iterator<T> * this ,int){self tmp(*this);//拷贝构造_node = _node->_next;return tmp; // tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 }bool operator!= (const self& it){return _node != it._node;}bool operator== (const self & it){return _node == it._node;}Node* _node;};//template< class T>const 迭代器 ，让迭代器指向的内容不能修改， 迭代器本身可以修改//struct __list_const_iterator//{//	typedef list_node<T>  Node;//	//构造函数//	__list_const_iterator(Node* node)//		:_node(node)//	{//	}//	const T& operator*()//出了作用域，节点的值还在，用引用//		//const： 返回节点的值，不能修改//	{//		return _node->_val;//	}//	//前置++,返回++之后的值//	__list_const_iterator& operator++()//		//__list_const_iterator& operator++(__list_const_iterator  * this  )//	{//		_node = _node->_next;//		return *this;//	}//	//后置++ ,返回++之前的值//	__list_const_iterator operator++(int)//	{//		__list_const_iterator tmp(*this);//		_node = _node->_next;//		return tmp;// tmp出了作用域就被销毁 ，用传值返回 //	}//	bool operator==(const __list_iterator<T>& it)//	{//		return *this == it._node;//	}//	bool operator!=(const __list_iterator<T>& it)//传值返回，返回的是拷贝，是一个临时对象，临时对象具有常性//	{//		return *this != it._node;//	}//	Node* _node;//};template<class T>//list类存储的数据是任意类型，所以需要设置模板参数class list{typedef list_node<T>  Node;public:typedef  __list_iterator<T ,T&,T* >  iterator;//普通迭代器typedef  __list_iterator<T, const T&, const T * >  const_iterator;//const 迭代器//迭代器 //能直接显示构造最好显式构造，不要把决定权给编译器进行单参数的隐式类型转换iterator end()  //最后一个数据的下一个位置，即头节点{//return _head; // _head的类型是list_node<T>* ，iterator的类型是__list_iterator<T> ，类型不一致，涉及到单参数的构造函数支持隐式类型转换 //还可以写成 return iterator(_head);return iterator(_head);}iterator begin()//第一个数据的位置，即头节点的下一个位置{//return _head->_next;//单参数的构造函数支持隐式类型转换//还可以写成 return iterator(_head->_next)return iterator(_head->_next);}const_iterator begin() const{return const_iterator(_head->_next);}const_iterator end() const{return const_iterator(_head);}//默认构造list(){empty_init();}// lt2(lt1)//还没有实现const_iteratorlist(const list<T>& lt){empty_init();//拷贝数据for (auto & e :lt )//遍历lt{push_back(e);}}~list(){clear();delete _head;_head = nullptr;}void empty_init(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;_size = 0;}void swap(list<T> & lt){std:: swap(_head,lt._head );std::swap(_size, lt._size);}list<T> & operator= (list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造//list<T>& operator= (  list<T> * this, list<T>  lt)//右值没有引用传参，间接调用拷贝构造// lt1 = lt2{this->swap(lt);return *this; }void clear(){iterator it = begin();while (it!= end() )	{it = erase(it);}_size = 0;}void push_back(const T& x){找尾//Node* tail = _head->_prev;//Node* newnode = new Node(x);改变链接关系 ///*newnode = tail->next;*///tail->_next = newnode;//newnode->_prev = tail;//_head->_prev = newnode;//newnode->_next = _head;insert(end(), x);//在最后一个数据的下一个位置插入}//pos位置之前插入iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;Node* newnode = new Node(x);// prev newnode cur 链接关系prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;++_size;return newnode;}iterator erase (iterator pos){assert(pos != end());Node* cur = pos._node;Node* next = cur->_next;Node* prev = cur->_prev;//prev next prev->_next = next;next->_prev = prev;delete cur;--_size;return next;}size_t size(){return _size;}void push_front( const T & x )//T可能是vector ,用引用，减少拷贝{insert(begin(),x);}void pop_back(){erase(--end());//end是最后一个数据的下一个位置，需要--，到达最后一个数据，这样才是尾删}void pop_front(){erase(begin());}private:Node* _head;size_t _size;};void test_list1(){list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);list<int>::iterator it = lt1.begin();//拷贝构造while (it != lt1.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;}void test_list2(){list<int> lt1;lt1.push_back(1);lt1.push_back(2);list<int> lt2 (lt1);for (auto e : lt1){cout << e << " ";}cout << endl;}
}

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